KẾT NỐI MÁY TÍNH VỚI MỘT SỐ THÍ NGHIỆM CƠ HỌC TRONG CHƯƠNG TRÌNH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH KHÁNH HÒA
ĐƠN VỊ DỰ THI: TRƯỜNG THPT LÊ QUÝ ĐÔN

Cuộc thi khoa học kĩ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh trung học
Năm học 2014-2015

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
ĐỀ TÀI:

KẾT NỐI MÁY TÍNH VỚI MỘT SỐ THÍ NGHIỆM CƠ HỌC
TRONG CHƯƠNG TRÌNH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
Lĩnh vực dự thi: 09. Vật Lý và thiên văn học
Nhóm tác giả:
Hoàng Trung Hiếu
Nguyễn Phạm Xuân Thắng
Lớp 12 Tin trường THPT chuyên Lê Quý Đôn – Khánh Hòa
Giáo viên hướng dẫn:
11.02 – V2

Thầy Hoàng Bá Kim

Nha Trang, tháng 12 năm 2014


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

Lời cảm ơn
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy (cô) giáo
Trường Trung Học Phổ Thông Chuyên Lê Qúy Đôn – Khánh
Hòa, sở Giáo dục và Đào tạo Khánh Hòa, trường Cao đẳng sư
phạm Nha Trang, thầy Hoàng Bá Kim, thầy Nguyễn Chánh, cô

Trần Thị Thanh Nhã cùng các bạn cùng lớp, gia đình, nhà trường đã
tạo điều kiện, giúp đỡ hỗ trợ chúng em hoàn thành sản phẩm này.

Hoàng Trung Hiếu
Nguyễn Phạm Xuân Thắng

2|


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN……………………………......................................................... Trang 2
A. TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN ________________________________ Trang 9
B. LÝ DO NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI_________________________________ Trang 11
C. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI – CÔNG VIỆC THỰC HIỆN_______________ Trang 12
I.
Tổng quan đề tài…………………………………………...……...... Trang 12
II. Công việc thực hiện……………………………………………...….. Trang 13
D. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA DỰ ÁN______________________________ Trang 16
I.
Yêu cầu – cách tiến hành – phương án các thí nghiệm…….....…...Trang 16
1. Thí nghiệm: thực hành khảo sát chuyển động
rơi tự do – xác định gia tốc rơi tự do……………………………… Trang 16
1.1. Mục đích…………………………………………………. Trang 16
1.2. Cơ sở lý thuyết…………………………………………... Trang 16
1.3. Dụng cụ và lắp đặt………………………………………. Trang 16
1.4. Tiến hành thí nghiệm……………………………………. Trang 17
2. Thí nghiệm: khảo sát thực nghiệm các định luật
dao động của con lắc đơn…………………………………………. Trang 18

2.1. Mục đích………………………………………………….. Trang 18
2.2. Cơ sở lý thuyết……………………………………………. Trang 18
2.3. Dụng cụ và lắp đặt………………………………………... Trang 18
2.4. Tiến hành thí nghiệm……………………………………... Trang 19
3. Thí nghiệm: Đo gia tốc trọng trường bằng con lắc thuận nghịch... Trang 20
3.1. Cơ sở lý thuyết……………………………………………. Trang 20
3.2. Trình tự thí nghiệm……………………………………….. Trang 22
II. Cơ sở của truyền thông nối tiếp (Serial Transfer)……………….. Trang 24
1. Giới thiệu truyền thông nối tiếp (Serial Transfer)
và những ưu điểm của nó…………………………………………. Trang 24
2. Cơ sở của truyền thông nối tiếp…………………………………… Trang 24
3. Một số khái niệm quan trọng trong truyền thông nối tiếp………… Trang 25
3.1. Khung truyền (Farme)………………………….…………… Trang 25
3.2. Start bit…………………………………………….………... Trang 26
3.3. Dữ liệu (Data)………………………………………………. Trang 26
3.4. Stop bits……………………………………………….……..Trang 26
3.5. Parity bit…………………………………………………….. Trang 26
4. Chuẩn giao tiếp RS232……………………………………………. Trang 26

3|


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

5. Một số thanh ghi và kỹ thuật lập trình trong
truyền và nhận thông tin nối tiếp…………………………………. Trang 27
5.1. Thanh ghi SBUF………………………………………….… Trang 27
5.2. Cài đặt chế độ truyền thông nối tiếp bằng thanh ghi SCON. Trang 27
a. Các bit SM0, SM1………………………………………. Trang 28
b. Bit SM2…………………………………………………. Trang 28

c. Bit REN…………………………………………………. Trang 28
d. Bit TB8 và RB8………………………………………..... Trang 28
e. Bit TI và RI…………………………………………….... Trang 28
6. Tốc độ baud (baud rate) và cài đặt tốc độ baud cho 8051……….. Trang 28
6.1. Tốc độ baud (baud rate)…………………………………… Trang 28
6.2. Cài đặt tốc độ baud cho 8051…………………………….. Trang 29
7. Ví dụ minh họa …………………………………………………… Trang 30
III. Bộ định thời trong 8051……………………………………………. Trang 31
1. Bộ định thời- các bộ định thời của 8051………………………… Trang 31
2. Các thanh ghi cơ sở của bộ định thời…………………………….. Trang 31
2.1. Các thanh ghi của bộ Timer 1……………………………… Trang 31
2.2. Thanh ghi TMOD………………………………………….. Trang 31
3. Nguồn tạo độ trễ thời gian cho 8051……………………………… Trang 32
4. Lập trình cho timer I………………………………………………..Trang 32
E. SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG _______________________________________ Trang 35
F. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG CỦA DỰ ÁN _______________________ Trang 36
I.
Giới thiệu một số linh kiện điện tử được sử dụng trong mạch…... Trang 36
1. Giới thiệu chip (IC) vi xử lý AT 89C52 ……….…………………. Trang 36
2. Giới thiệu IC MAX 232 của hãng Maxim……….………………... Trang 37
3. USB to Serial Port Adaptor……………………….………………. Trang 38
4. Một số linh kiện khác……………………………………………... Trang 38
II. Giới thiệu phần cứng của các khối:………………………………... Trang 40
1. Khối vi xử lý………………………………….…………………… Trang 40
1.1. Đấu nối IC AT89C52……………….……………………... Trang 40
1.2. Đấu nối MAX 232……………….………………………… Trang 42
2. Khối điều khiển nam châm điện………..………………………… Trang 43
3. Khối nhận tín hiệu (cổng quang điện)..………………………....... Trang 43
4. Khối nguồn…………………………..….………………………… Trang 44
III. Lắp đặt phần cứng của sản phẩm………..………………………... Trang 45

IV. Sơ đồ mạch tổng thể dự án…………………...…………………….. Trang 46
G. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CỦA DỰ ÁN_________________________ Trang 47
I. Phần mềm hỗ trợ lập trình cho dự án……………...……………… Trang 47

4|


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

1. Keil  Vision 4:………………………………………..…………... Trang 47
1.1. Giới thiệu…………………………………………..……… Trang 47
1.2. Môi trường làm việc…………………………………..…... Trang 47
2. Little Programer Version Gold…………………………………… Trang 48
3. Microsoft Visual Studio 2008……………………………………. Trang 49
II. Phần mềm lập trình cho chip vi xử lý……………………………... Trang 50
1. Tổng quan………………………………………………………… Trang 50
2. Khởi tạo phương thức truyền thông nối tiếp…………………….. Trang 50
3. Lập trình AT 89C52 truyền dữ liệu nối tiếp……………………… Trang 51
4. Lập trình AT 89C52 nhận dữ liệu nối tiếp……………………….. Trang 52
5. Lập trình AT 89C52 điều khiển thực hiện thí nghiệm…………… Trang 53
6. Lập trình AT 89C52 thực hiện điều khiển đồng hồ TIMER……… Trang 53
III.
Phần mềm lập trình giao diện trên máy tính…………………… Trang 54
1. Tổng quan…………………………………………………………. Trang 54
2. Dò tìm – tạo kết nối cổng COM với chip…………………………. Trang 54
3. Nhận thông tin từ COM…………………………………………… Trang 55
4. Gửi thông tin từ COM…………………………………………….. Trang 55
5. Giao diện người dùng…………………………………………..…. Trang 55
H. HƯỚNG DẪN KẾT NỐI – SỬ DỤNG SẢN PHẨM_________________ Trang 56
I. Hướng dẫn kết nối……………………………………………..……. Trang 56

II. Sử dụng sản phẩm……………………………………………..……. Trang 56
III. Sử dụng phần mềm………………………………………….……… Trang 56
1. Giao diện giới thiệu phần mềm…………………………..……… Trang 56
2. Hướng dẫn lắp ráp bộ thí nghiệm………………………..……… Trang 56
3. Thực hiện kết nối COM………………………………..………... Trang 56
4. Lựa chọn thí nghiệm…………………………………..………… Trang 57
5. Thực hiện thí nghiệm 1……………………………..…………… Trang 57
5.1. Khởi tạo báo cáo……………………………..…………… Trang 57
5.2. Thực hành…………………………………...……………. Trang 58
5.3. Nhập độ cao……………………………….……………… Trang 58
5.4. Đồng hồ đo thời gian thí nghiệm 1………………………. Trang 58
6. Thực hiện thí nghiệm 2……………………………………......... Trang 59
6.1. Khởi tạo báo cáo…………………………………………. Trang 59
6.2. Thực hành………………………………………………… Trang 59
6.3. Nhập biên độ……………………………………………… Trang 60
6.4. Nhập khối lượng con lắc………………………………….. Trang 60
6.5. Nhập chiều dài con lắc……………………………………. Trang 60
6.6. Đồng hồ đo thời gian thí nghiệm 2……………………….. Trang 60

5|


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

7. Xuất kết quả thí nghiệm…………………………………………. Trang 61
8. Ngắt kết nối COM………………………………………………. Trang 61
9. Một số lưu ý khi sử dụng……………………………………….. Trang 61
I. LỢI ÍCH CỦA SẢN PHẨM_____________________________________ Trang 62
J. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC – HƯỚNG PHÁT TRIỂN SẢN PHẨ_________Trang 63
I. Kết quả đạt được……………………………………………………. Trang 63

II. Hạn chế của sản phẩm……………………………………………… Trang 63
III. Hướng phát triển sản phẩm………………………………………... Trang 63
K. KẾT LUẬN ĐỀ TÀI_________________________________________ Trang 64
L. TÀI LIỆU THAM KHẢO_____________________________________ Trang 65
PHỤ LỤC 1: MẪU BÁO CÁO THỰC HÀNH KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG
RƠI TỰ DO VÀ XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO………… Trang 66
PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ MỘT SỐ THÍ NGHIỆM ……………………….. Trang 68

6|


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1:
Hình 2:
Hình 3:
Hình 4:
Hình 5:
Hình 6:
Hình 7:
Hình 8:
Hình 9:
Hình 10:
Hình 11:
Hình 12:
Hình 13:
Hình 14:
Hình 15:
Hình 16:

Hình 17:
Hình 18:
Hình 19:
Hình 20:
Hình 21:
Hình 22:
Hình 23:
Hình 24:
Hình 25:
Hình 26:
Hình 27:
Hình 28:
Hình 29:
Hình 30:
Hình 31:
Hình 32:
Hình 33:
Hình 34:
Hình 35:

Giờ thực hành vật lý ở trường THPT Lê Quý Đôn
Mô hình hoạt động của sản phẩm
Phần cứng và phần mềm của sản phẩm
Mô tả thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do
So sánh truyền thông nối tiếp và truyền thông song song
Ví dụ của một khung truyền
Cổng DB-9
Mô tả cấu trúc thanh ghi SCON
Mô tả cấu trúc thanh ghi PCON
Sơ đồ chân IC AT89C52

Hình dạng IC AT 89C52
Hình dạng IC MAX232
Sơ đồ chân IC MAX232
USB to Serial Port Adaptor
Sơ đồ chân IC LM358 và hình dạng IC LM358
Led thu tia hồng ngoại
Led phát tia hồng ngoại
Cầu Diode 1A
IC ổn áp 7805
Sơ đồ mạch điện khối xử lý
Sơ đồ mạch điện khối điều khiển nam châm điện
Sơ đồ mạch điện cổng quang điện
Mô hình cổng quang điện
Sơ đồ mạch điện khối nguồn
Mạch điện IC AT89C52 – Khối xử lý
Khối nhận tín hiệu và khối nguồn
Mạch điện IC MAX 232 – DB9
Sơ đồ mạch điện tổng thể dự án
Giới thiệu phần mềm Keil C
Môi trường lập trình trong Keil C
Môi trường giả lập để chạy thử trong Keil C
Giao diện chính của Little Programer Version Gold và hình ảnh mạch nạp
Giới thiệu phần mềm Visual Studio 2008
Giao diện lập trình trong Visual Studio 2008
Giao diện giới thiệu phần mềm

7|


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

Hình 36:
Hình 37:
Hình 38:
Hình 39:
Hình 40:
Hình 41:
Hình 42:
Hình 43:
Hình 44:
Hình 45:
Hình 46:
Hình 47:
Hình 48:
Hình 49:

Giao diện quản lý kết nối COM
Giao diện thực hiện thí nghiệm 1
Bảng số liệu thí nghiệm 1
Giao diện nhập độ cao
Giao diện đồng hồ đo thời gian 1
Giao diện thực hiện thí nghiệm 2
Bảng số liệu thí nghiệm 2
Giao diện nhập độ cao
Giao diện nhập khối lượng
Giao diện nhập chiều dài con lắc
Giao diện đồng hồ đo thời gian 2
Xuất kết quả ra file Excel
Lợi ích của sản phẩm
Hướng phát triển của sản phẩm

8|


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

PHẦN A: TÓM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN
Việc ứng dụng lý thuyết toán học, hóa học, vật lý, … vào thực tiễn là nền tảng bền
vững để phát triển khoa học, công nghệ, kỹ thuật ở mọi thời đại.
Với mong muốn vận dụng các kiến thức về kỹ thuật điện tử - tin học vào ứng dụng
thực hành tại trường THPT; tạo dựng cách tiếp cận mới, gây hứng thú; giúp các bạn học
sinh làm quen với phương pháp tìm hiểu, nghiên cứu khoa học mới ngay tại trường phổ
thông, nhóm học sinh lớp 12 Tin, trường THPT Lê Quý Đôn Nha Trang đã nghiên cứu và
chế tạo thành công bộ dụng cụ: “Kết nối với máy tính với một số thí nghiệm trong
chương trình THPT”.
Điểm khác biệt nhất của bộ dụng cụ mới này so với bộ thí nghiệm cũ là cho phép
dùng máy tính điện tử để điều khiển toàn bộ quá trình thực hiện thí nghiệm, ghi chép kết
quả, xử lý, phân tích số liệu và xuất kết quả báo cáo ra file excel.…. một cách nhanh gọn,
chính xác và hiệu quả.
Với thế hệ đầu tiên này, sản phẩm sẽ giúp các bạn học sinh có thể thực hiện được ba
thí nghiệm trong chương trình THPT: Thí nghiệm khảo sát chuyển động rơi tự do – xác
định gia tốc rơi tự do (chương trình vật lý lớp 10); Thí nghiệm khảo sát thực nghiệm các
định luật dao động của con lắc đơn (chương trình vật lý lớp 12 cơ bản) và Thí nghiệm
xác định gia tốc trọng trường bằng con lắc thuận nghịch (chương trình vật lý 12 nâng
cao)
Cấu tạo của sản phẩm này gồm 2 phần chính:
Phần cứng: gồm các mạch điện tử, được chia thành ba khối chức năng:
* Khối nhận tín hiệu: (cổng quang điện,…) thu nhận kết quả thí nghiệm.
* Khối xử lý (chip AT 89C52 của hãng Atmel và Max 232 của hãng Maxim) được kết nối
với máy tính qua cổng USB có công dụng giao tiếp và thực hiện các lệnh do máy tính

điều khiển
* Khối mạch nguồn: cung cấp nguồn điện 12VDC và 5VDC cho các mạch điện trong
mạch hoạt động.
Phần mềm: gồm phần chương trình máy tính và phần chương trình được lập trình cho
chíp vi xử lý.
*Phần chương trình trên máy tính: được lập trình bằng phần mềm Visual Studio 2008.
Chức năng của phần mềm là điều khiển thí nghiệm, nhận các tín hiệu báo về, xử lý kết
quả số liệu tính toán, hỗ trợ xây dựng báo cáo thực hành… theo một giao diện phần mềm
thân thiện, đơn giản, gần gũi đối với tất cả các bạn học sinh.

9|


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

*Phần chương trình cho chíp vi xử lý: được lập trình bằng ngôn ngữ C, lập trình trên máy
tính và nạp vào chíp vi xử lý. Chức năng của nó là điều khiển khối xử lý nhận yêu cầu từ
máy tính và đưa ra các lệnh phù hợp đề thực hiện các yêu cầu đó.
Sản phẩm hoàn chỉnh rất nhỏ gọn, đơn giản dễ cải tiến, mở rộng. Tất cả các linh kiện
điện tử dùng trong mạch đều rất đơn giản, phổ biến, giá thành rẻ. Có thể phát triển thành
sản phẩm thương mại với số lượng lớn và chi phí thấp
Điểm quan trọng khác của đề tài là đã thực hiện thành công việc kết nối giữa chíp vi
xử lý vào máy tính điện tử để xử lý và điều khiển. Đây là kết quả của kỹ thuật “truyền
thông nối tiếp”(Serial Transfer), là nguyên lý được ứng dụng để chế tạo ra rất nhiều thiết
bị điều khiển tự động quan trọng như máy gia công cơ khí CNC, robot công nghiệp, phẫu
thuật nội soi….
Hy vọng nó cũng sẽ trở thành một mô hình cơ bản nhất giúp đỡ cho tất cả các bạn
học sinh đam mê kỹ thuật điện tử - máy tính có thể ứng dụng phát triển, sáng tạo ra các
sản phẩm mới của riêng mình.

10 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

PHẦN B: LÝ DO NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Việc ứng dụng đưa những
kiến thức lý thuyết toán học, hóa
học, vật lý, tin học … vào thực tiễn
là nền tảng bền vững để phát triển
khoa học, công nghệ, kỹ thuật ở
mọi thời đại.
Nhóm tác giả, là những học
sinh của lớp 12 Tin trường THPT
Lê Qúy Đôn với mong muốn sử
dụng các kiến thức về kỹ thuật
điện tử - tin học vào học tập và
nghiên cứu môn Vật Lý và Tin học Hình 1: Giờ thực hành vật lý ở trường THPT Lê Qúy Đôn
trong trường THPT, tạo dựng cách tiếp cận mới, gây hứng thú, giúp các bạn làm quen với
những công nghệ kỹ thuật hiện đại từ sớm, khơi dậy niềm đam mê nghiên cứu tìm tòi
khoa học, nhóm tác giả đã xây dựng ra một sản phẩm với tên gọi “Kết nối máy tính với
một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT”. Sản phẩm ra đời với hai mục đích
sau đây:
Thứ nhất, sản phẩm ra đời với mong muốn cải tiến quá trình thực hành các thí
nghiệm vật lý trong trương trình THPT, tạo sự mới mẻ, khoa học chính xác và hiệu quả
hơn trong học tập, kích thích sự tư duy,tìm tòi và phát triển khoa học công nghệ. Chính vì
thế, qua nhiều lần quan sát các tiết học thực hành vật lý trong chương trình THPT, nhóm
đã có ý tưởng muốn cải tiến các thiết bị đồ dùng thí nghiệm sẵn có theo hướng đơn giản
và khoa học hơn giúp cho các bạn học sinh có thể thao tác thí nghiệm, thu nhận và xử lý
kết quả thí nghiệm số liệu một cách, nhanh gọn, chính xác và mang lại hiệu quả cao hơn.

Tiếp cận và ứng dụng những công nghệ mới vận dụng linh hoạt kiến thức đã được học
vào giải quyết các vấn đề trong cuộc sống.
Thứ hai, sản phẩm ra đời để giới thiệu với tất cả mọi người và đặc biệt là các bạn
học sinh có sự đam mê thích thú về công nghệ truyền thông nối tiếp – công nghệ đang
được sử dụng rất rộng rãi hiện nay trên nhiều lĩnh vực. Công nghệ truyền thông nối tiếp
là gì? Tại sao công nghệ truyền thông nối tiếp lại phổ biến đến vậy? Tất cả các thiết bị
công nghệ kỹ thuật số hiện đại kết nối cả thế giới lại với nhau, tất cả chúng đều có thể
“liên lạc” được với nhau chính nhờ công nghệ truyền thông nối tiếp này.
Máy tính điện tử với những ưu điểm về tốc độ xử lý, khả năng tương tác cao với
người dùng trong khi đó chip vi xử lý lại có những ưu điểm về khả năng điều khiển hoạt
động các thiết bị điện và chuyển những yếu tố vật lý như âm thanh, ánh sáng, nhiệt độ,…
thành tín hiệu điện báo cho máy tính để xử lý. Sự kết hợp của hai thiết bị này thực sự sẽ
rất tuyệt vời. Nó sẽ cho ra đời những sản phẩm có tính ứng dụng cao trong thực tế, xử lý
mạnh mẽ, thân thiện với người dùng,… Nền tảng của sự kết hợp đó cũng chính là công
nghệ truyền thông nối tiếp.

11 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

Sản phẩm sau khi được xây dựng sẽ cung cấp cho các bạn học sinh cũng như tất cả
mọi người về cái nhìn tổng quan về công nghệ này. Dựa trên những kiến thức đầu tiên đó
ta sẽ lí giải được quá trình truyền thông tin nhanh chóng trong kỷ nguyên kỹ thuật số
cũng như ứng dụng nguyên lý đó để sáng tạo ra những sản phẩm mới sau này.
Với sản phẩm này, nhóm tác giả muốn khơi dậy niềm đam mê nghiên cứu khoa học,
vận dụng linh hoạt những kiến thức đã học, kĩ năng tìm tòi nghiên cứu sáng tạo của tất cả
mọi người.

PHẦN C: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI – CÔNG VIỆC THỰC HIỆN:

I. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI:
Nhóm đã quyết định sẽ xây dựng một bộ thiết bị thí nghiệm có chức năng tự động
hóa một số thao tác trong quá trình tiến hành các thí nghiệm vật lý cơ bản. Người sử dụng
sau khi lắp ráp dàn cơ cho toàn bộ thí nghiệm, kết nối các cảm biến vào mạch xử lý, kết
nối mạch xử lý vào máy tính thông qua cổng kết nối USB 2.0 là có thể tiến hành thí
nghiệm được ngay.
Sau khi đã cài đặt thiết bị và phần mềm máy tính theo đúng yêu cầu, người sử
dụng có thể dễ dàng tiến hành các thí nghiệm bằng các thao tác trên máy tính. Kết quả
của thí nghiệm được ghi nhận tự động trên máy tính, người sử dụng có thể tổng hợp, thực
hiện thí nghiệm nhiều lần để có được kết quả tối ưu nhất. Sau khi tiến hành thí nghiệm
xong, phần mềm sẽ xuất ra file Excel chứa kết quả thí nghiệm, sau đó người dùng sẽ xử
lý tính toán kết quả thí nghiệm, vẽ biểu đồ, xây dựng báo cáo thực hành bằng phần mềm
Microsoft Excel.
Việc giao tiếp, kết nối giữa máy tính và chip vi xử lý sẽ sử dụng công nghệ truyền
thông đang được sử dụng phổ biến nhất hiện nay chính là truyền thông nối tiếp. Truyền
thông nối tiếp có những ưu điểm về tính đơn giản, gọn nhẹ, khả năng chống nhiễu tốt,…
tuy nhiên, để có thể sử dụng được nó tương đối khá phức tạp, vì vậy ta cần phải nắm
vững những kiến thức về quy tắc truyền cũng như cách tổ chức thông tin trong truyền
thông nối tiếp.
Sơ đồ sau mô tả đơn giản nhất về hoạt động của sản phẩm:

Cài đặt
• Lắp ráp bộ thí
nghiệm
• Cài đặt phần
mềm

Thí nghiệm
• Thao tác thí
nghiệm nhờ

phần mềm
• Ghi nhận kết
quả

Xử lý
• Kết quả
xuất ra file
Excel
• Xử lý kết
quả.

Hình 2: Mô hình hoạt động của sản phẩm

12 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

II.

CÔNG VIỆC CẦN THỰC HIỆN:

Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài, để giải quyết được vấn đề ý tưởng đặt
ra nhóm tác giả cần phải tìm hiểu nghiên cứu và thực hiện một số vấn đề sau đây:
Cơ sở lý thuyết: bao gồm những kiến thức cơ bản về lập trình giao tiếp máy tính – cách
tính tiến hành và các phương án thí nghiệm cơ bản, xử lý kết quả số liệu.
 Hiểu được phương án tiến hành hai thí nghiệm: khảo sát chuyển động rơi tự do và
xác định gia tốc rơi tự do (lớp 10), khảo sát thực nghiệm các định luật của con lắc
đơn (lớp 12) và thí nghiệm xác định gia tốc trọng trường bằng con lắc thuận
nghịch.

 Tham khảo các bộ thí nghiệm đã có sẵn và đang được áp dụng thực tế trong
trường THPT.
 Từ đó, thấy được yêu cầu của bộ thí nghiệm cần phải có chức năng thực hiện được
nhiệm vụ của : đồng hồ đo thời gian (chính xác đến 1/1000 s), nam châm điện để
thả rơi vật, cổng quang điện.
 Để kết nối giữa máy tính và chíp xử lý, ta cần sử dụng phương án truyền thông nối
tiếp với giao tiếp RS-232 do đó, nhóm cần tìm hiểu và nghiên cứu về truyền thông
nối tiếp, vấn đề giao tiếp giữa chíp và máy tính.
Công cụ để thực hiện sản phẩm: ứng dụng những cơ sở lý thuyết và yêu cầu thực tế,
nhóm tác giả đã tập trung xây dựng sản phẩm trên đồng thời cả hai mặt: “phần cứng”
và “phần mềm”. Mỗi phần có chức năng, cấu tạo riêng. Sơ đồ sau mô tả tổng quát về
phần cứng và phần mềm của đề tài:

Sản phẩm

Phần cứng

Dàn cơ thí
nghiệm

Phần mềm

Mạch điện
điều khiển

Lập trình
vi xử lý

Phần mềm
máy tính

Hình 3: Phần cứng và phần mềm của sản phẩm
Phần cứng: Bao gồm việc thiết kế các board mạch điện tử để điều khiển các thí nghiệm
và xây dựng cải tiến giàn cơ học để thực hiện thí nghiệm. Cụ thể:

13 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN:
1. Kiến thức tổng quát về đặc tính của vi xử lý, đặc biệt là vi xử lý AT 89C52.
2. Nghiên cứu về cổng COM sử dụng chuẩn kết nối RS232 và việc chuyển đổi giữa
RS232 và họ logic TTL.
3. Nghiên cứu về bộ định thời (timer) trong chip 8051, tạo đồng hồ có xung nhịp 1ms
để làm đồng hồ đo thời gian cho các thí nghiệm.
4. Lắp ráp mạch điện khối xử lý với trung tâm là chíp vi xử lý AT 89C52 làm “đầu
não” cho mọi hoạt động của sản phẩm và MAX 232 làm nhiệm vụ “liên lạc” giữa
AT89C52 và máy tính điện tử.
5. Lắp ráp mạch nhận tín hiệu là cổng quang điện gồm 1 led thu và 1 led phát tia hồng
ngoại với sự giúp đỡ của LM 358 sẽ báo về vi xử lý tín hiệu khi có vật đi ngang làm
cắt tia hồng ngoại.
6. Lắp ráp mạch điện khối nguồn bao gồm IC 7805, tụ điện,… làm ổn định điện áp 5V
cung cấp cho vi xử lý.
7. Lắp ráp trình bày kết nối các board mạch, các rắc cắm tín hiệu.
8. Thiết kế hộp đựng – trình bày sản phẩm.
DÀN CƠ THÍ NGHIỆM:
9. Nghiên cứu về nguyên lý hoạt động, các phần của dàn cơ có sẵn của ba thí nghiệm
đã được đưa vào sử dụng.
10. Cải tiến sửa chữa dàn cơ đã có để phù hợp với mạch điều khiển.

+ Phần mềm: Bao gồm các thao tác xử lý, lập trình trên máy vi tính thông qua vi xử lý
AT 89C52, bao gồm các công đoạn:
LẬP TRÌNH CHO CHIP VI XỬ LÝ AT 89C52:
11. Về các kiến thức cơ bản của lập trình vi xử lý (AVR).
12. Về các cấu trúc lệnh – phép toán – chương trình – hàm, chương trình con trong ngôn
ngữ lập trình C dành cho vi xử lý. Trong sản phẩm này, nhóm tác giả đã sử dụng
phần mềm Keil Vision4 để thực hiện các thao tác lập trình.
13. Sử dụng phần mềm Little Programmer Version Gold kết hợp với mạch nạp vi xử lý
để nạp phần mềm sau khi đã xây dựng vào trong chíp xử lý.
14. Thiết kế và cài đặt đoạn chương trình khởi tạo thiết lập thao tác truyền thông nối
tiếp.
15. Thiết kế và cài đặt đoạn chương trình gửi dữ liệu bằng phương pháp truyền thông
nối tiếp.
16. Thiết kế và cài đặt đoạn chương trình nhận dữ liệu bằng phương pháp truyền thông
nối tiếp.
17. Thiết kế và cài đặt đoạn chương trình đồng hồ đếm (timer) chính xác đến mili giây
để đo thời gian cho các thí nghiệm cơ học.

14 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

18. Thiết kế và cài đặt đoạn chương trình điều khiển thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do.
19. Thiết kế và cài đặt đoạn chương trình điều khiển thí nghiệm khảo sát các định luật
của con lắc đơn.
20. Thiết kế và cài đặt đoạn chương trình điều khiển thí nghiệm con lắc vật lý – xác định
gia tốc trọng trường.
LẬP TRÌNH GIAO DIỆN MÁY TÍNH GIAO TIẾP VỚI NGƯỜI DÙNG:
21. Về các cấu trúc lệnh – phép toán – chương trình – hàm, chương trình con trong ngôn

ngữ lập trình C#, ứng dụng sử dụng phần mềm Microsoft Visual Studio lập trình viết
phần mềm giao tiếp với người dùng.
22. Nghiên cứu về các hàm, thủ tục câu lệnh liên quan đến hoạt động của cổng COM,
truyền và nhận thông tin nối tiếp trên máy tính.
23. Thiết kế đoạn chương trình điều khiển kết nối với chip xử lý thông qua các cổng
COM.
24. Thiết kế đoạn chương trình gửi và nhận thông tin nối tiếp từ máy vi tính.
25. Thiết kế giao diện gần gũi, đơn giản, tiện dụng đối vối tất cả mọi người.
26. Đóng gói phần mềm, tạo đĩa cài đặt.

15 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

PHẦN D: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA DỰ ÁN
I. YÊU CẦU – CÁCH TIẾN HÀNH – PHƯƠNG ÁN CÁC THÍ NGHIỆM:
1. Thí nghiệm “khảo sát chuyển động rơi tự do - xác định gia tốc rơi tự do”:
1.1. Mục đích:
- Đo thời gian rơi t của vật trên những quãng đường s khác nhau.
- Vẽ và khảo sát đồ thị s  t2, rút ra tính chất của chuyển động rơi tự do.
- Xác định gia tốc rơi tự do.
1.2. Cơ sở lí thuyết:
Theo định nghĩa, sự rơi tự do là sự rơi chỉ dưới tác dụng của trọng lực. Các vật
khác nhau khi rơi tự do sẽ rơi nhanh như nhau. Thực tế, các thí nghiệm về sự rơi đều
được tiến hành trong không khí nên chỉ gần đúng là rơi tự do.
Thả một vật (trụ thép, viên bi…) từ độ cao s trên mặt đất, vật sẽ rơi rất nhanh theo
phương thẳng đứng (phương song song với dây dọi). Trong trường hợp này ảnh hưởng
của không khí không đáng kể, vật chỉ chuyển động dưới tác dụng của trọng lực, nên có
thể coi là vật rơi tự do.

Khi một vật có vận tốc ban đầu bằng 0, chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia
tốc a, thì quãng đường s đi được sau khoảng thời gian t (tính từ lúc vật bắt đầu chuyển
động) được xác định bằng công thức:

s

1 2
at
2

Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa s và t2 có dạng một đường thẳng đi qua gốc tọa độ
và có hệ số góc:

tan  

a
2

1.3. Dụng cụ và lắp đặt
a. Dụng cụ :
1. Giá đỡ thẳng đứng, có dây dọi ở mặt sau. Mặt bên của giá có kẻ vạch dùng để làm
thước đo. Giá được gắn trên đế 3 chân có vít điều chỉnh thăng bằng.
2. Nam châm điện được gắn ở đầu trên của giá để giữ vật sắt non.

16 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

3. Cổng quang điện, gắn trên giá và di chuyển được. Mặt bên có cửa sổ trong suốt để

xác định vị trí của cổng trên thước của giá.
4. Bộ thí nghiệm “kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình
THPT”
5. Vật sắt non hình trụ.
6. Giá hứng vật rơi.
7. Ke vuông 3 chiều để đo vị trí của vật.
b. Lắp đặt:
Nam châm điện được lắp trên đỉnh của
giá thí nghiệm. Nguồn điện cấp cho nam châm
được nối qua hộp công tắc và tiếp đến ổ C trên
bộ thí nghiệm
Cổng quang điện lắp phía dưới và di
chuyển được (khi di chuyển cần nới lỏng ốc
hãm phía sau), dây điện của cổng được nối với
ổ B trên đồng hồ đo thời gian.
Điều chỉnh chân đế, sao cho quả dọi nằm
đồng tâm và chính giữa lỗ tròn phía sau giá.
- Lựa chọn thí nghiệm phù hợp, nếu lắp
đúng thì nam châm sẽ có từ tính. Lúc đó nếu
đặt vật khảo sát dưới nam châm thì vật sẽ bị
hút dính chặt vào nam châm. Bấm nút lệnh
trên máy tính, nam châm bị ngắt điện, vật
được nhả ra và rơi xuống.

Hình 4: Mô tả thí nghiệm đo gia tốc rơi tự do

Đồng hồ phải đếm thời gian khi bấm nút lệnh cho vật rơi. Khi vật rơi đi qua cổng
quang đồng hồ phải ngừng đếm.
4.4.

Tiến hành thí nghiệm:

Xác định vị trí ban đầu của vật bằng thước ke 3 chiều. Để lựa chọn một vạch thích
hợp nhất định, ta điều chỉnh vị trí của nam châm (nới lỏng tai hồng và dịch chuyển).
Chọn quãng đường khảo sát. Nhấn nút trên hộp công tắc để vật rơi. Đọc thời gian
của vật rơi trên đồng hồ và ghi vào bảng số liệu. Lặp lại thí nghiệm một số lần để xác
định giá trị trung bình của đại lượng đo và sai số của nó.

17 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

Tiếp tục chọn các quãng đường S2, S3,… thực hiện thí nghiệm tương tự như trên và
đọc thời gian tương ứng, ghi vào bảng số liệu.
Từ bảng số liệu tính toán giá trị của các đại lượng đặc trưng cho chuyển động rơi
tự do.
- Vẽ đồ thị tìm sự phụ thuộc s = s(t2) và v = v(t).
- Tìm các giá trị: g  g  g và v  v  v .
2. Thí nghiệm: “Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn”:
2.1. Mục đích:
- Khảo sát ảnh hưởng của biên độ, khối lượng của quả nặng và độ dài của dây treo
đối với chu kì dao động của con lắc đơn.
- Xác định gia tốc trọng trường g tại nơi làm thí nghiệm bằng con lắc
2.2. Cơ sở lí thuyết:
Con lắc đơn gồm một vật nặng có kích thước nhỏ, khối lượng m, được treo ở đầu
một sợi dây mềm không dãn có độ dài l và có khối lượng không đáng kể.
l
g

Với các dao động nhỏ thì con lắc đơn dao động với chu kỳ T  2

Trong bài thực hành này ta xác định gia tốc trọng trường g bằng con lắc đơn theo
công thức g 

4 2l
T2

2.3. Dụng cụ và lắp đặt:
a. Dụng cụ thí nghiệm:
1. Đế ba chân bằng sắt, có hệ vít chỉnh cân bằng.

4

2. Giá đỡ bằng nhôm, cao 75cm, có thanh ngang
treo con lắc.
3. Thước thẳng dài 700 mm gắn trên giá đỡ.
4. Ròng rọc bằng nhựa, đường kính D 5 cm, có
khung đỡ trục quay.
5. Dây làm bằng sợi tổng hợp, mảnh, không dãn,
dài 70 cm.

3

5
2
8

7

6
1

6. Viên bi thép có móc treo.

9
18 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

7. Cổng quang điện hồng ngoại.
8. Đồng hồ đo thời gian hiện số
b. Lắp đặt thí nghiệm: theo hình minh họa
2.4. Tiến hành thí nghiệm
a. Khảo sát ảnh hưởng của biên độ lên chu kỳ dao động của con lắc đơn
Nối cổng quang điện với cổng B của bộ thí nghiệm.
Treo viên bi có khối lượng m1 = 50 g vào đầu dưới của sợi dây. Vặn các vít của đế
ba chân, điều chỉnh cho giá đỡ cân bằng thẳng đứng. Đặt thanh ke áp sát cạnh của giá đỡ
tại vị trí (thấp hơn đáy viên bi) ứng với độ dài L trên thước. Quay ròng rọc để thả dần sợi
dây cho tới khi đáy của viên bi vừa tiếp xúc với cạnh ngang của thanh ke. Gọi r là bán
kính viên bi, độ dài l của con lắc đơn là
l=L-r
Điều chỉnh để con lắc đơn này có độ dài l1 =50 cm. Dịch chuyển cổng quang điện
đến vị trí sao cho cửa sổ của nó nằm trên mặt phẳng ngang với vị trí của tâm viên bi và
cách tâm viên bi một khoảng A1 = 3 cm. Kéo viên bi đến vị trí đối diện cửa sổ của cổng
quang điện, rồi buông tay thả cho con lắc đơn dao động không vận tốc đầu. Khi đó con
lắc đơn dao động với biên độ góc bằng α1
Sau vài dao động, bấm nút lệnh trên máy để tiến hành đo n (có thể chọn n = 10)
dao động toàn phần của con lắc đơn. Ghi giá trị đo được trong mỗi lần đo.

Giữ nguyên khối lượng m1 và độ dài l1 = 50 cm của con lắc đơn. Thực hiện phép
đo trên đây với các giá trị A khác nhau rồi ghi tiếp vào bảng.
Từ các kết quả thu được trong bảng, rút ra kết luận về chu kỳ của con lắc đơn dao
động với biên độ nhỏ.
b.

Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng lên chu kì của con lắc đơn

Giữ nguyên độ dài l1 = 50 cm. Thêm quả nặng để thay đổi khối lượng con lắc.
Điều chỉnh dây treo để chiều dài con lắc không đổi. Đo thời gian con lắc thực hiện n dao
động toàn phần với biên độ đủ nhỏ (theo kết quả phần trên). Ghi các kết quả trong mỗi
lần đo vào bảng.
Rút ra kết luận về khối lượng của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ.
c.

Khảo sát ảnh hưởng của độ dài lên chu kì dao động của con lắc đơn

Giữ nguyên khối lượng 50 g. Điều chỉnh dây treo để con lắc dao động với các độ
dài dây khác nhau, xác định thời gian n dao động toàn phần để xác định chu kì T.

19 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

- vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T và chiều dài con lắc. Rút ra nhận xét.
- vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của T2 và chiều dài con lắc. Rút ra nhận xét.
Từ các đồ thị, kết luận về chiều dài của con lắc đơn dao động với biên độ nhỏ.
3. Thí nghiệm: “Đo gia tốc trọng trường g bằng con lắc thuận nghịch”:
3.1. Cơ sở lý thuyết:

Con lắc vật lý là một vật rắn, khối lượng m,
có thể dao động quanh một trục cố định nằm ngang
đi qua điểm 01 nằm cao hơn khối tâm G của nó
(H.1). O1 gọi là điểm treo của con lắc.
Vị trí cân bằng của con lắc trùng với phương
thẳng đứng của đường thằng O1G. Khi kéo con lắc
lệch khỏi vị trí cân bằng một góc α nhỏ, rồi buôn
nó a thì thành phần Pt của trọng lực P = mg tác
dụng lên con lắc một mômem lực M1 có trị số
bằng:
𝑀1 = −𝑃𝑡 . 𝐿1 = −𝑚𝑔. 𝐿1 sin 𝛼 (1)
Trong đó g là gia tốc trọng trường, L1 = O1G
là khoảng cách từ O1 đến khối tâm G, dấu (-) cho biết mômen lực M1 luôn kéo con lắc về
vị trí cân bằng, tức quay ngược chiều với góc lệch α. Khi α nhỏ, ta cỏ thể coi gần đúng
𝑀1 ≈ −𝑚𝑔. 𝐿1 𝛼 (2)
Phuơng trình cơ bản đối với chuyển động quay của con lắc quanh trục đi qua O1 có
dạng:
𝛽1 =

𝑀1
𝐼1

(3)

Ở đây β1 =d2α/dt2 là gia tốc góc, I1 là mômen quán tính của con lắc đối với trục
quay là đi qua O1. Kết hợp (3) với (2) và thay 𝜔12 = 𝑚𝑔. 𝐿1 /𝐼1 , ta nhận được phương
trình dao động điều hoà của con lắc:
𝑑2 𝛼
𝑑𝑡 2

− 𝜔12 . 𝛼 = 0 (4)

Nghiệm của phương trình (4) có dạng
𝛼 = 𝛼0 . cos(𝜔1 . 𝑡 + 𝜑) (5)
với α0 là biên độ, ω1 là tần số góc, φ là pha ban đầu tại thời điểm t = 0.
Từ (5) ta suy ra chu kỳ T1 của con lắc:

20 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

𝑇1 =

2𝜋
𝜔1

𝐼1

= 2𝜋. √

𝑚𝑔.𝐿1

(6)

Trong con lắc vật lý, ta có thể tìm thấy một điểm O2, nằm trên đường thẳng đi qua
O1 và G sao cho khi con lắc dao động quanh trục nằm ngang đi qua O2 thì chu kì dao
động của con lắc đúng bằng chu kỳ dao động của nó khi dao động quanh trục đi qua O1.
Con lắc vật lý khi đó được gọi là con lắc thuận nghịch.
Thật vậy, ta có thể dễ dàng chứng minh rằng, có tồn tại điểm treo O2 này, như sau:

Khi dao động quanh trục đi qua điểm O2 (H1), chu kỳ dao động T2 của con lắc được tính
toán tương tự trên, và ta tìm được:
𝑇2 =

2𝜋
𝜔2

𝐼2

= 2𝜋. √

𝑚𝑔.𝐿2

(7)

Vời L2 = O2G là khoảng cách từ trục quay đi qua điểm O2 đến khối tâm G và I2 là
mômen quán tính của lắc đối với trục quay đi qua O2.
Gọi IG là mômen quán tính của con lắc đối với trục quay đi qua khối tâm G và
song song với hai trục đi qua O1 và O2.
Theo định lý Huyghens-Steiner:
𝐼1 = 𝐼𝐺 + 𝑚𝐿21 (8)
𝐼2 = 𝐼𝐺 + 𝑚𝐿22 (9)
Nếu điểm O2 thoả mãn điều kiện T1 = T2’, thay (9), (8) vào (7), (6) ta tìm được
biểu thức xác định vị trí của O2:
𝐿1 𝐿2 =

𝐼𝐺
𝑚

(10)

Mặt khác, từ (6), (7) ta có thể rút ra biểu thức xác định gia tốc trọng trường:
g=

4𝜋 2 .(𝐿1 +𝐿2 ).(𝐿1 −𝐿2 )
𝑇12 .𝐿1 −𝑇22 𝐿2

(11)

Nếu hai điểm treo 01,02 thoả mãn công thức (10), thì T1 = T2 = T và biểu thức xác định
gia tốc trọng trường được đơn giản thành
𝑔=

4𝜋 2 .𝐿
𝑇2

(12)

với L = L1 + L2 = O1O2 là khoảng cách giữa hai trục nằm ngang đi qua O1 và O2.
Con lắc vật lý sử dụng trong bài này gồm một thanh kim loại 6, trên đó có gắn hai con
dao cố định 1 và 2 nằm cách nhau một khoảng L = O1O2 không đổi (H2). Cạnh của dao 1
hoặc 2 lần lượt được đặt tựa trên mặt kính phẳng nằm ngang của gối đỡ 5. Hai quả nặng 3
và 4 gắn cố định trên thanh kim loại 6. Gia trọng C có dạng một đai ốc lắp trên thân ren

21 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

4, có thể dịch chuyển bằng cách vặn xoay quanh trục gen 4, dùng để thay đổi vị trí khối

tâm G, sao cho thoả mãn công thức 10 để con lắc vật lý trở thành con lắc thuân nghịch.
Toàn bộ con lắc được đặt trên giá đỡ 9 và tâm chân đế 10 có các vít điều chỉnh thăng
bằng V1 và V2.
Số dao động và thời gian tương tứng được đo
trên máy đo thời gian thực, nó có thể hoạt động như
một đồng hồ bấm giây, được điều khiển bằng các
cổng quang điện.
3.2. Trình tự thí nghiệm
Như trên đã nói, trong bất kỳ con lắc vật lý cho
trước nào cũng thể tìm thây hai điểm O1 và O2 sao
cho khi đổi chiều con lắc, chu kỳ dao động không
đổi.Trong bài thí nghiệm này, hai điểm treo (hai lưỡi
dao O1¸O2) cố định, ta phải tìm vị trí gia trọng C (tức
thay đổi vị trí khối tâm G, sao cho (10) được thoả
mãn), để con lắc trở thành thuận nghịch. Cách làm
như sau:

1. Vặn gia trọng C về sát quả nặng 4. Dùng thước
cặp đo khoảng cách x0 giữa chúng. Trong nhiều
tường hợp con lắc được chế tạo sao cho gia trọng
C có thể vặn về thật sát quả nặng 4 tức là x0=0.
Ghi giá trị x0 vào bảng 1. Đặt con lắc lên giá đỡ
theo chiều thuận (chữ ”Thuận” xuôi chiều và hướng về phía người làm thí nghiệm),
đo thời gian 50 chu kỳ dao động và ghi vào bảng 1, dưới cột 50T1.

2. Đảo ngược con lắc (Chữ “Nghịch” xuôi chiều và hướng về phía người làm thí
nghiệm), và đo thời gian 50 chu kỳ nghịch, ghi kết quả vào bảng dưới cột 50T2

3. Vặn gia trọng C về vị trí cách quả nặng 4 một khoảng x’ = x0 + 40mm, (dùng thước
cặp kiểm tra). Đo thời gian 50 chu kỳ thuận và 50 chu kỳ nghịch ứng với vị trí này,

ghi kết quả vào bảng1.

4. Biểu diễn kết quả đo trên đồ thị: trục tung dài 120mm biểu diễn thời gian 50T1 và
50T2, trục hoành dài 8mm, biểu diễn vị trí x của gia trọng C. Nối các điểm 50T1 với
nhau và các điểm 50T2 với nhau bằng các đoạn thẳng, giao của chúng là điểm gần
đúng vị trí x1 của gia trọng C để có T1 = T2 = T. (H3)

5. Dùng thước cặp đặt gia trọng C về đúng vị trí x1. Đo 50T1 và 50T2. Ghi kết quả vào
bảng 1.

22 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

6. Điều chỉnh chính xác vị trí gia trọng C: Đồ thị hình 4 cho thấy đường thẳng 50T1 dốc
hơn đường thẳng 50 T2, có nghĩa là ở bên trái điểm cắt nhau thì 50T2 > 50T1 còn bên
phải điểm cắt thì 50T1 > 50 T2. Từ kết quả phép đo 5 tại vị trí x1 cho ta rút ra nhận
xét cần dịch chuyển nhỏ gia trọng theo hướng nào để thu được kết quả tốt nhất chao
cho 50T1 = 50T2.

7. Cuối cùng khi đã xác định được vị trí tốt nhất của gia trọng C, ta đo mỗi chiều 3- 5
lần để lấy sai số ngẫu nhiên. Ghi kết quả vào bảng 2.

8. Dùng thước 1000mm đo khoảng cách giữa hai lưỡi dao O1, O2. Ghi vào bảng 1. ( Chỉ
đo cẩn thận một lần, lấy sai số dụng cụ Δ= ±1mm).

9. Thực hiện xong thí nghiệm, tắt máy và rút phích cắm điện của nó ra khỏi nguồn ~
220V.

Ở thế hệ đầu tiên này, sản phẩm sẽ có chức năng cho phép người sử dụng thực hiện được
ba thí nghiệm nêu trên, thu nhận và xử lý kết quả thí nghiệm một cách nhanh chóng,
chính xác và hiệu quả. Trong tương lai nếu được đầu tư phát triển, nhóm sẽ tiếp tục mở
rộng cải tiến sản phẩm để thực hiện được nhiều thí nghiệm hơn nữa.

23 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

II. CƠ SỞ CỦA TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP (SERIAL TRANSFER):
1. Giới thiệu truyền thông nối tiếp (serial transfer) và những ưu điểm của nó:
Cùng với sự phát triển của công nghệ và kỹ thuật, máy tính đã và đang được kết nối
với nhiều thiết bị cũng như giữa các máy tính với nhau. Để giúp máy tính và các thiết bị
khác có thể “hiểu và làm việc” được với nhau ta cần tạo ra một “quy tắc chung” để truyền
thông tin từ hai thiết bị này. Lấy ví dụ, nếu hai người từ hai quốc gia khác nhau không thể
giao tiếp, làm việc và trao đổi thông tin được với nhau nếu như giữa họ không có chung
một tiếng nói một ngôn ngữ. Máy tính cũng vậy, giữa máy tính và chíp cũng như giữa
máy tính và máy tính cần phải có những quy tắc giao tiếp chung để có thể trao đổi truyền
và nhận thông tin giữa hai thiết bị này.
Trên thế giới, hiện nay thông tin có thể được truyền đi theo hai phương pháp: song
song và nối tiếp.
Trong truyền thông song song, ta cần phải sử dụng rất nhiều đường dây để truyền dữ
liệu đến các thiết bị (máy in, ổ cứng,….). Tuy việc thiết kế và cài đặt khá dễ dàng nhưng
nó chỉ hiệu quả khi sử dụng trong phạm vi rất ngắn còn khi truyền thông trong khoảng
cách xa hơn, đường dây cáp dài và cồng kềnh sẽ làm méo mó, gây nhiễu cho tín hiệu.
Khắc phục những khuyết điểm đó, phương pháp truyền thông nối tiếp ra đời thay thế cho
truyền thông song song. Nó khắc phục được các tồn tại của truyền thông song song và
đang được sử dụng ngày càng rộng rãi.
2. Cơ sở của truyền thông nối tiếp:

Hình vẽ sau là so sánh giữa việc truyền thông nối tiếp và song song:
Truyền thông nối tiếp (serial transfer)

Truyền
(sender)

D7

D0

Nhận
(receiver)

Truyền thông song song (paralen transfer)

D0

Nhận
(receiver)

Truyền
(sender)
D7

Hình 5: So sánh truyền thông tin nối tiếp và song song
Như vậy, trong truyền thông nối tiếp thì dữ liệu được gửi đi từng bit một, so với
truyền song song thì là một hoặc nhiều byte được truyền đi cùng lúc.
Trong truyền thông nối tiếp, ta sử dụng hai phương pháp là đồng bộ và không đồng bộ:
Truyền thông đồng bộ: cách truyền này đòi hỏi ít nhất 2 đường truyền (dữ liệu và
clock). Bộ truyền và bộ thu được đồng bộ hóa qua một đường tín hiệu đồng hồ bên ngoài.

Đường truyền clock có nhiệm vụ “báo trước” khi đường data chuẩn bị truyền dữ liệu.

24 |


Đề tài: Kết nối máy tính với một số thí nghiệm cơ học trong chương trình THPT

Truyền thông không đồng bộ (UART - Universal Asynchronous serial
Reveiver and Transmitter): chỉ cần một đường truyền data cho cả quá trình. “Khung dữ
liệu” đã được chuẩn hóa bởi các thiết bị nên không cần đường xung nhịp báo trước dữ
liệu đến. Nói chung, truyền thông nối tiếp không đồng bộ vì thế có hiệu quả hơn so với
truyền thông đồng bộ. Tuy nhiên, để quá trình truyền thành công thì việc tuân thủ các tiêu
chuẩn truyền hay các khung dữ liệu là hết sức quan trọng.
Ví dụ: máy tính và chíp xử lý đang giao tiếp với nhau theo phương pháp này, chúng đã
được “thỏa thuận” với nhau rằng cứ sau mỗi 50 s thì sẽ có 1 bit dữ liệu truyền đến. Nhờ
thế, thiết bị nhận chỉ cần kiểm tra và đọc đường truyền data sau mỗi 50s để đọc các bit
dữ liệu và sau đó kết hợp chúng lại thành dữ liệu có ý nghĩa.
3. Khung truyền và các thành phần của khung truyền:
3.1 . Khung truyền (Frame)
Bên cạnh tốc độ baud, khung truyền (Farme) là một yếu tố tối quan trọng trong quá
trình truyền và nhận thông tin nối tiếp.
Dữ liệu mà ta truyền đi là một dãy các số 0 và 1, và rất khó để hiểu được ý nghĩa của các
dữ liệu ấy nếu bên phát và bên thu không cùng thống nhất về cách “đóng gói” dữ liệu,
bao nhiêu bit tạo nên một ký tự và khi nào ta bắt đầu và kết thúc truyền dữ liệu.
Định nghĩa:
Khung truyền bao gồm:
1. Các quy định về số lượng các bit trong một data trong mỗi lần truyền.
2. Các bit thông báo như bit Start (khởi động) và bit Stop (kết thúc).
3. Các bit kiểm tra như Parity.
Ví dụ:

Hình bên là một ví dụ của một
khung truyền của truyền thông
nối tiếp không đồng bộ UART.
Lần lượt các bit của khung
truyền sẽ được truyền đi dưới
dạng các xung điện hình vuông.
Khung truyền này được bắt đầu
bằng 1 start bit, tiếp theo sau
bit start là 8 bit data chứa dữ
liệu ở hệ nhị phân, sau đó là
1 bit parity dùng kiểm tra dữ
liệu đã nhận đủ hay chưa và
cuối cùng là 2 bits stop được
truyền đi để báo hiệu kết thúc
khung truyền. Công việc này
được gọi là đóng gói dữ liệu.

Hình 6: Ví dụ của một khung truyền

25 |